4.3.1. Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе».
Раствором называют гомогенную смесь двух или более компонентов.
Вещества, смешением которых получен раствор, называют его компонентами.
Среди компонентов раствора различают растворенное вещество, которое может быть не одно, и растворитель. Например, в случае раствора сахара в воде сахар является растворенным веществом, а вода является растворителем.
Иногда понятие растворитель может быть применимо в равной степени к любому из компонентов. Например, это касается тех растворов, которые получены смешением двух или более жидкостей, идеально растворимых друг в друге. Так, в частности, в растворе, состоящем из спирта и воды, растворителем может быть назван как спирт, так и вода. Однако чаще всего в отношении водосодержащих растворов традиционно растворителем принято называть воду, а растворенным веществом — второй компонент.
В качестве количественной характеристики состава раствора чаще всего используют такое понятие, как массовая доля вещества в растворе. Массовой долей вещества называют отношение массы этого вещества к массе раствора, в котором оно содержится:
где ω(в-ва) – массовая доля вещества, содержащегося в растворе (г), m(в-ва) – масса вещества, содержащегося в растворе (г), m(р-ра) – масса раствора (г).
Из формулы (1) следует, что массовая доля может принимать значения от 0 до 1, то есть составляет доли единицы. В связи с этим массовую долю можно также выражать в процентах (%), причем именно в таком формате она фигурирует практически во всех задачах. Массовая доля, выраженная в процентах, рассчитывается по формуле, схожей с формулой (1) с той лишь разницей, что отношение массы растворенного вещества к массе всего раствора умножают на 100%:
Для раствора, состоящего только из двух компонентов, могут быть соответственно рассчитаны массовые доли растворенного вещества ω(р.в.) и массовая доля растворителя ω(растворителя).
Массовую долю растворенного вещества называют также концентрацией раствора.
Для двухкомпонентного раствора его масса складывается из масс растворенного вещества и растворителя:
Также в случае двухкомпонентного раствора сумма массовых долей растворенного вещества и растворителя всегда составляет 100%:
Очевидно, что, помимо записанных выше формул, следует знать и все те формулы, которые напрямую из них математически выводятся. Например:
Также необходимо помнить формулу, связывающую массу, объем и плотность вещества:
m = ρ∙V
а также обязательно нужно знать, что плотность воды равна 1 г/мл. По этой причине объем воды в миллилитрах численно равен массе воды в граммах. Например, 10 мл воды имеют массу 10 г, 200 мл — 200 г и т.д.
Для того чтобы успешно решать задачи, помимо знания указанных выше формул, крайне важно довести до автоматизма навыки их применения. Достичь этого можно только прорешиванием большого количества разнообразных задач. Задачи из реальных экзаменов ЕГЭ на тему «Расчеты с использованием понятия «массовая доля вещества в растворе»» можно порешать здесь.
Примеры задач на растворы
Пример 1
Рассчитайте массовую долю нитрата калия в растворе, полученном смешением 5 г соли и 20 г воды.
Решение:
Растворенным веществом в нашем случае является нитрат калия, а растворителем — вода. Поэтому формулы (2) и (3) могут быть записаны соответственно как:
Из условия m(KNO3) = 5 г, а m(Н2O) = 20 г, следовательно:
Пример 2
Какую массу воды необходимо добавить к 20 г глюкозы для получения 10%-ного раствора глюкозы.
Решение:
Из условий задачи следует, что растворенным веществом является глюкоза, а растворителем — вода. Тогда формула (4) может быть записана в нашем случае так:
Из условия мы знаем массовую долю (концентрацию) глюкозы и саму массу глюкозы. Обозначив массу воды как x г, мы можем записать на основе формулы выше следующее равносильное ей уравнение:
Решая это уравнение находим x:
т.е. m(H2O) = x г = 180 г
Ответ: m(H2O) = 180 г
Пример 3
150 г 15%-ного раствора хлорида натрия смешали со 100 г 20%-ного раствора этой же соли. Какова массовая доля соли в полученном растворе? Ответ укажите с точностью до целых.
Решение:
Для решения задач на приготовление растворов удобно использовать следующую таблицу:
1-й раствор
2-й раствор
3-й раствор
mр.в.
mр-ра
ωр.в.
где mр.в., mр-ра и ωр.в. — значения массы растворенного вещества, массы раствора и массовой доли растворенного вещества соответственно, индивидуальные для каждого из растворов.
Из условия мы знаем, что:
m(1)р-ра = 150 г,
ω(1)р.в. = 15%,
m(2)р-ра = 100 г,
ω(1)р.в. = 20%,
Вставим все эти значения в таблицу, получим:
1-й раствор |
2-й раствор |
3-й раствор |
|
mр.в. |
|||
mр-ра |
150 г | 100 г | |
ωр.в. |
15% | 20% | искомая величина |
Нам следует вспомнить следующие формулы, необходимые для расчетов:
ωр.в. = 100% ∙ mр.в./mр-ра , mр.в. = mр-ра ∙ ωр.в./100% , mр-ра = 100% ∙ mр.в. /ωр.в.
Начинаем заполнять таблицу.
Если в строчке или столбце отсутствует только одно значение, то его можно посчитать. Исключение — строчка с ωр.в., зная значения в двух ее ячейках, значение в третьей рассчитать нельзя.
В первом столбце отсутствует значение только в одной ячейке. Значит мы можем рассчитать его:
m(1)р.в. = m(1)р-ра ∙ ω(1)р.в. /100% = 150 г ∙ 15%/100% = 22,5 г
Аналогично у нас известны значения в двух ячейках второго столбца, значит:
m(2)р.в. = m(2)р-ра ∙ ω(2)р.в. /100% = 100 г ∙ 20%/100% = 20 г
Внесем рассчитанные значения в таблицу:
1-й раствор |
2-й раствор |
3-й раствор |
|
mр.в. |
22,5 г | 20 г | |
mр-ра |
150 г | 100 г | |
ωр.в. |
15% | 20% | искомая величина |
Теперь у нас стали известны два значения в первой строке и два значения во второй строке. Значит мы можем рассчитать недостающие значения (m(3)р.в. и m(3)р-ра):
m(3)р.в. = m(1)р.в. + m(2)р.в. = 22,5 г + 20 г = 42,5 г
m(3)р-ра = m(1)р-ра + m(2)р-ра = 150 г + 100 г = 250 г.
Внесем рассчитанные значения в таблицу, получим:
1-й раствор |
2-й раствор |
3-й раствор |
|
mр.в. |
22,5 г | 20 г | 42,5 г |
mр-ра |
150 г | 100 г | 250 г |
ωр.в. |
15% | 20% | искомая величина |
Вот теперь мы вплотную подобрались к расчету искомой величины ω(3)р.в.. В столбце, где она расположена, известно содержимое двух других ячеек, значит мы можем ее рассчитать:
ω(3)р.в. = 100% ∙ m(3)р.в./m(3)р-ра = 100% ∙ 42,5 г/250 г = 17%
Пример 4
К 200 г 15%-ного раствора хлорида натрия добавили 50 мл воды. Какова массовая доля соли в полученном растворе. Ответ укажите с точностью до сотых _______%
Решение:
Прежде всего следует обратить внимание на то, что вместо массы добавленной воды, нам дан ее объем. Рассчитаем ее массу, зная, что плотность воды равна 1 г/мл:
mдоб.(H2O) = Vдоб.(H2O) ∙ ρ(H2O) = 50 мл ∙ 1 г/мл = 50 г
Если рассматривать воду как 0%-ный раствор хлорида натрия, содержащий соответственно 0 г хлорида натрия, задачу можно решить с помощью такой же таблицы, как в примере выше. Начертим такую таблицу и вставим известные нам значения в нее:
1-й раствор |
2-й раствор |
3-й раствор |
|
mр.в. |
0 г | ||
mр-ра |
200 г | 50 г | |
ωр.в. |
15% | 0% | искомая величина |
В первом столбце известны два значения, значит можем посчитать третье:
m(1)р.в. = m(1)р-ра ∙ ω(1)р.в./100% = 200 г ∙ 15%/100% = 30 г,
Во второй строчке тоже известны два значения, значит можем рассчитать третье:
m(3)р-ра = m(1)р-ра + m(2)р-ра = 200 г + 50 г = 250 г,
Внесем рассчитанные значения в соответствующие ячейки:
1-й раствор |
2-й раствор |
3-й раствор |
|
mр.в. |
30 г | 0 г | |
mр-ра |
200 г | 50 г | 250 г |
ωр.в. |
15% | 0% | искомая величина |
Теперь стали известны два значения в первой строке, значит можем посчитать значение m(3)р.в. в третьей ячейке:
m(3)р.в. = m(1)р.в. + m(2)р.в. = 30 г + 0 г = 30 г
1-й раствор |
2-й раствор |
3-й раствор |
|
mр.в. |
30 г | 0 г | 30 г |
mр-ра |
200 г | 50 г | 250 г |
ωр.в. |
15% | 0% | искомая величина |
Теперь можем рассчитать массовую долю в третьем растворе:
ω(3)р.в. = 30/250 ∙ 100% = 12%.
Что такое массовая доля в химии? Знаете ли вы ответ? Как находить массовую долю элемента в веществе? Сам процесс вычисления вовсе не так сложен. А вы еще испытываете затруднения в подобных задачах? Тогда вам улыбнулась удача, вы нашли эту статью! Интересно? Тогда скорее читайте, сейчас вы все поймете.
Что такое массовая доля?
Итак, для начала выясним, что такое массовая доля. Как находить массовую долю элемента в веществе, ответит любой химик, так как они часто употребляют этот термин при решении задач или во время пребывания в лаборатории. Конечно, ведь ее расчет — их повседневная задача. Чтобы получить определенное количество того или иного вещества в лабораторных условиях, где очень важен точный расчет и все возможные варианты исхода реакций, необходимо знать всего пару простых формул и понимать суть массовой доли. Поэтому эта тема так важна.
Этот термин обозначается символом “w” и читается как “омега”. Он выражает отношение массы данного вещества к общей массе смеси, раствора или молекулы, выражается дробью или в процентах. Формула расчета массовой доли:
w = m вещества / m смеси.
Преобразуем формулу.
Мы знаем, что m=n*M, где m — масса; n — количество вещества, выраженное в единицах измерения моль; M — молярная масса вещества, выраженная в грамм/моль. Молярная масса численно равна молекулярной. Только молекулярная масса измеряется в атомных единицах масс или а. е. м. Такая единица измерения равна одной двенадцатой доле массы ядра углерода 12. Значение молекулярной массы можно найти в таблице Менделеева.
Количество вещества n нужного объекта в данной смеси, равно индексу, умноженному на коэффициент при данном соединении, что очень логично. Например, чтобы рассчитать количество атомов в молекуле, надо узнать, сколько атомов нужного вещества находится в 1 молекуле = индекс, и умножить это число на количество молекул = коэффициент.
Не стоит бояться таких громоздких определений или формул, в них прослеживается определенная логика, поняв которую, можно даже сами формулы не учить. Молярная масса M равна сумме атомных масс Ar данного вещества. Напомним, что атомная масса — масса 1 атома вещества. То есть исходная формула массовой доли:
w = ( n вещества*M вещества)/m смеси.
Из этого можно сделать вывод, что если смесь состоит из одного вещества, массовую долю которого надо вычислить, то w=1, так как масса смеси и масса вещества совпадают. Хотя смесь априори не может состоять из одного вещества.
Так, с теорией разобрались, но как находить массовую долю элемента в веществе на практике? Сейчас все покажем и расскажем.
Проверка усвоенного материала. Задача легкого уровня
Сейчас мы разберем две задачи: легкого и среднего уровня. Читайте далее!
Необходимо узнать массовую долю железа в молекуле железного купороса FeSO4*7 H2O. Как решить эту задачу? Рассмотрим решение далее.
Решение:
Возьмем 1 моль FeSO4*7 H2O, тогда узнаем количество железа, умножив коэффициент железа на его индекс: 1*1=1. Дан 1 моль железа. Узнаем его массу в веществе: из значения в таблице Менделеева видно, что атомная масса железа 56 а. е. м. = 56 грамм/моль. В данном случае Ar=M. Следовательно, что m железа = n*M = 1 моль* 56 грамм/моль = 56 г.
Теперь нужно найти массу всей молекулы. Она равна сумме масс исходных веществ, то есть 7 моль воды и 1 моль сульфата железа.
m= (n воды* M воды) + (n сульфата железа*M сульфата железа) = (7 моль*(1*2+16) грамм/моль) + (1 моль* (1 моль*56 грамм/моль+1 моль*32 грамм/моль + 4 моль*16 грамм/моль) = 126+152=278 г.
Остается лишь разделить массу железа на массу соединения:
w=56г/278 г=0.20143885~0.2=20%.
Ответ: 20%.
Задача среднего уровня
Решим более сложную задачу. В 500 г воды растворено 34 г нитрата кальция. Нужно найти массовую долю кислорода в полученном растворе.
Решение
Так как при взаимодействии Ca(NO3)2 с водой идет только процесс растворения, а из раствора не выделяются продукты реакции, масса смеси равна сумме масс нитрата кальция и воды.
Нам нужно найти массовую долю кислорода в растворе. Обратим внимание на то, что кислород содержится как в растворенном веществе, так и в растворителе. Найдем количество искомого элемента в воде. Для этого посчитаем моль воды по формуле n=m/M.
n воды=500 г/(1*2+16) грамм/моль=27.7777≈28 моль
Из формулы воды H2O найдем, что количество кислорода = количеству воды, то есть 28 моль.
Теперь найдем количество кислорода в растворенном Ca(NO3)2. Для этого узнаем количество самого вещества:
n Ca(NO3)2=34 г/(40*1+2*(14+16*3)) грамм/моль≈0.2 моль.
n Ca(NO3)2 относится к n O как 1 к 6, что следует из формулы соединения. Значит, n O = 0.2 моль*6 = 1.2 моль. Суммарно количество кислорода равно 1.2 моль+28 моль=29.2 моль
m O= 29.2 моль*16 грамм/моль=467.2 г.
m раствора=m воды + m Ca(NO3)2= 500 г+34 г=534 г.
Осталось только само вычисление массовой доли химического элемента в веществе:
w O=467.2 г /534 г≈0.87=87%.
Ответ: 87%.
Надеемся, что мы понятно объяснили вам то, как находить массовую долю элемента в веществе. Данная тема вовсе не сложная, если в ней хорошо разобраться. Желаем вам удачи и успехов в будущих начинаниях.
Расчетные задачи типа «Определение выхода продукта реакции в процентах от теоретического»
Признак
В условии задачи встречается слово «выход». Теоретический выход продукта всегда выше практического.
Понятия «теоретическая масса или объём, практическая масса или объём» могут быть использованы только для веществ-продуктов.
Доля выхода продукта обозначается буквой
(эта), измеряется в процентах или долях.
Также для расчётов может использоваться количественный выход:
I. Первый тип задач
Известны масса (объём) исходного вещества и масса (объём) продукта реакции. Необходимо определить выход продукта реакции в %.
Задача 1. При взаимодействии магния массой 1,2 г с раствором серной кислоты получили соль массой 5, 5 г. Определите выход продукта реакции (%).
| 1. Записываем краткое условие задачи |
Дано: m (Mg) = 1,2 г m практическая(MgSO4) = 5,5 г _____________________ Найти: |
|
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
 |
| 3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ |
M(Mg) = 24 г/моль M(MgSO4) = 24 + 32 + 4 · 16 = 120 г/моль |
|
4. Находим количество вещества реагента по формулам
|
ν(Mg) = 1,2 г / 24(г/моль) = 0,05 моль |
| 5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции |
m = ν · M mтеор (MgSO4) = M(MgSO4) · νтеор (MgSO4) = = 120 г/моль · 0,05 моль = 6 г |
|
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле
|
Ответ: Выход сульфата магния составляет 91,7% по сравнению с теоретическим |
-?
II. Второй тип задач
Известны масса (объём) исходного вещества (реагента) и выход (в %) продукта реакции. Необходимо найти практическую массу (объём) продукта реакции.
Задача 2. Вычислите массу карбида кальция, образовавшегося при действии угля на оксид кальция массой 16,8 г, если выход составляет 80%.
|
1. Записываем краткое условие задачи |
Дано: m(CaO) = 16,8 г
___________________ Найти: m практ (CaC2) = ? |
|
2. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
 |
|
3. Находим по ПСХЭ молярные массы подчёркнутых веществ |
M(CaO) = 40 + 16 = 56 г/моль M(CaC2) = 40 + 2 · 12 = 64г/моль |
|
4. Находим количество вещества реагента по формулам
|
ν(CaO)=16,8 (г) / 56 (г/моль) = 0,3 моль |
|
5. По УХР вычисляем теоретическое количество вещества (νтеор) и теоретическую массу (mтеор) продукта реакции |
 |
|
6. Находим массовую (объёмную) долю выхода продукта по формуле
|
m практич (CaC2) = 0,8 · 19,2 г = 15,36 г Ответ: m практич (CaC2) = 15,36 г |
III. Третий тип задач
Известны масса (объём) практически полученного вещества и выход этого продукта реакции. Необходимо вычислить массу (объём) исходного вещества.
Задача 3. Карбонат натрия взаимодействует с соляной кислотой. Вычислите, какую массу карбоната натрия нужно взять для получения оксида углерода (IV) объёмом 28,56 л (н. у.). Практический выход продукта 85%.
| 1. Записываем краткое условие задачи |
Дано: н. у. Vm = 22,4 л/моль Vпрактич(CO2) = 28,56 л = 85% или 0,85 ____________________ Найти: m(Na2CO3) =? |
| 2. Находим по ПСХЭ молярные массы веществ, если это необходимо | M (Na2CO3) =2·23 + 12 + 3·16 = 106 г/моль |
|
3. Вычисляем теоретически полученный объём (массу) и количество вещества продукта реакции, используя формулы: |
Vтеоретич(CO2) = = 28,56 л / 0,85 = 33,6 л ν(CO2) = 33,6 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,5 моль |
|
4. Запишем УХР. Расставим коэффициенты. Под формулами (из дано) напишем стехиометрические соотношения, отображаемые уравнением реакции. |
 |
| 5. Находим количество вещества реагента по УХР |
По УХР:
ν(Na2CO3) = ν(CO2) = 1,5 моль |
|
6. Определяем массу (объём) реагента по формуле: m = ν · M V = ν · Vm |
m = ν · M m(Na2CO3) = 106 г/моль · 1,5 моль = 159 г |
, следовательноIV. Решите задачи
Задача №1. При взаимодействии натрия количеством вещества 0, 5 моль с водой получили водород объёмом 4,2 л (н. у.). Вычислите практический выход газа (%).
Задача №2. Металлический хром получают восстановлением его оксида Cr2O3 металлическим алюминием. Вычислите массу хрома, который можно получить при восстановлении его оксида массой 228 г, если практический выход хрома составляет 95 %.
Задача №3. Определите, какая масса меди вступит в реакцию с концентрированной серной кислотой для получения оксида серы (IV) объёмом 3 л (н.у.), если выход оксида серы (IV) составляет 90%.
Задача №4. К раствору, содержащему хлорид кальция массой 4,1 г, прилили раствор, содержащий фосфат натрия массой 4,1 г. Определите массу полученного осадка, если выход продукта реакции составляет 88 %.
Практическое занятие №1
Вычисление относительной молекулярной массы вещества, определение массовой доли элемента в сложном веществе. Нахождение формулы вещества по значениям массовой доли элементов.
Цель работы: На практике закрепить знания об относительной атомной и молекулярной массе, массовой доле элемента в сложном веществе в решении упражнений и задач по вычислению относительной молекулярной массы (задание №1), вычислению массовых отношений элементов (задание №2), массовых долей элементов (задание №3) в соединениях, нахождение формулы вещества по содержанию массовых долей элементов в соединении (задание № 4)
I.Вычисление относительной молекулярной массы
Теоретическое обоснование
1.Относительная молекулярная масса равна сумме всех относительных атомных масс элементов с учетом индекса элемента. Относительная молекулярная масса соединения величина безразмерная. Она показывает во сколько раз относительная молекулярная масса соединения больше 1/12 массы изотопа углерода-12.
2.Для вычисления относительной молекулярной массы необходимо суммировать относительные атомные массы элементов образующих соединение.
Мr = n1 *Аr1 + n2* Ar2 + n3* Ar3
Задание №1
Вычислите относительную молекулярную массу сульфата алюминия, химическая формула которого Al2(SO4)3.
Алгоритм решения
|
Дано: Al2(SO4) 3 |
1.Из Периодической таблицы имени Д.И.Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов, входящих в состав сульфата алюминия: Ar(Al)=27 2.Записываем формулу расчета Мr (Al2(SO4) 3) в общем виде: Мr (Al2(SO4) 3) = n1 *Аr (AI) + n2* Ar(S) + n3* Ar(O) n1— число атомов (моль атомов алюминия) n2— число атомов (моль атомов серы) n3— число атомов кислорода (моль атомов кислорода) 2.Подставляем значения относительных атомных масс элементов с учетом моль атомов в формулу расчета и вычисляем. Мr (Al2(SO4) 3 )= 27 * 2 + (32 + 16*4) * 3 = 342 |
|
Мr (Al2(SO4) 3)-? |
Ответ: Мr (Al2(SO4) 3) =342 Не забывайте, что Мr величина безразмерная |
Задание № 1 (для учащихся) Вычислите относительные молекулярные массы:
Вариант 1: оксида железа (III) Fe2O3, гидроксида кальция Ca(OH)2,
Вариант 2: нитрата меди (II) Cu(NO3)2, глицерина C3H8O3,
Вариант 3: оксида углерода (IV) CO2, азотной кислоты HNO3,
Вариант 4: гидроксида алюминия Al(OH) 3, карбоната калия K2CO3.
II.Вычисление отношения масс атомов элементов в сложном веществе по его формуле
Теоретическое обоснование
Зная относительные атомные массы элементов и число атомов, входящих в состав химического соединения, можно определить массовые соотношения этих элементов
|
Задание №2 Вычислите массовые отношения элементов в серной кислоте Алгоритм решения |
|
|
Дано: H2SO4 |
1.Из Периодической таблицы имени Д.И.Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов, входящих в состав серной кислоты: Ar(Н)=1, Ar(S)=32, Ar(O)=16 2.Вычисляем массовые отношения элементов в молекуле серной кислоте: В молекуле серной кислоте: 1*2 часть приходиться на атомы H (так как два атома) 32 части — на атомы S (так как один атом) 16 *4 =64 части – на атомы О (так как четыре атома) 2.Определим, как они относятся к друг другу в массовом соотношении: H : S : O = 2: 32 : 64 = 1 : 16 : 32 1+16+32=49 Это означает,что 49 мас.частей серной кислоты приходится: 1 мас.ч. Н, 16 мас. ч. S, 32 мас. ч. О |
|
Определить: Аr(Н):Аr(S):Аr(O) |
Ответ: 1:16:32 |
Задание № 2 (для учащихся) Вычислите массовые доли элементов в соединении
Вариант 1: в перманганате калия КМnО4.
Вариант 2: в карбонате магния MgCO3.
Вариант 3: в сульфиде железа FeS.
Вариант 4: в бромиде железа FeВr3.
III.Вычисление массовой доли элементов в соединение
Теоретическое обоснование занятия
Массовая доля элемента в данном веществе (w) – отношение относительной атомной массы данного элемента, умноженной на число его атомов в молекуле к относительной молекулярной массе вещества.
n·Ar(элемента)
w(элемента) = ——————————- *100 %
Mr(вещества), (5)
где
w – массовая доля элемента в веществе, Ar– относительная атомная масса,
n– индекс в химической формуле, Mr– относительная молекулярная масса вещества.
Массовые доли выражают в процентах или в долях: w (элемента) = 20% или 0,2.
Задание № 3
Вычислите массовые доли элементов в фосфорной кислоте, имеющей простейшую химическую формулу H3PO4, с точностью до сотых.
АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ
|
Дано: Фосфорная кислота H3PO4 |
Решение: 1. Из Периодической таблицы имени Д.И.Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов, входящих в состав ортофосфорной кислоты Ar(H)=1, Ar(P)=31, Ar(O)=16 2.Записываем формулу расчета в общем виде Mr(H3PO4): Mr(H3PO4) = n1*Ar(H) +n2*Ar(P) + n3*Ar(O) 3.Подставляем значения относительных атомных масс элементов с учетом моль атомов в формулу расчета и вычисляем: Mr(H3PO4) = 3·Ar(H) + Ar(P) + 4·Ar(O) = 3·1 + 31 + 4·16 = 98 3. Вычисляем массовые доли элементов по формуле: w(элемента) = (n· Ar(элемента) · 100%) / Mr(вещества) для водорода: w(H) = n(H)·Ar(H)·100% / Mr(H3PO4) = 3·1·100% / 98 = 3,06% для фосфора: w(P) = n(P)·Ar(P)·100% / Mr(H3PO4) = 1·31·100% / 98 = 31,63% для кислорода: w(O) = n(O)·Ar(O)·100% / Mr(H3PO4) = 4·16·100% / 98 = 65,31% Проверка: Сумма значений массовых долей всех элементов должна составить 100% w(H) + w(P) + w(O) = 100% Подставляем значения: 3,06% + 31,63% + 65,31% = 100% Таким образом, массовые доли элементов в фосфорной кислоте вычислены правильно. |
|
Найти: w%(H) w%(P) w%(O) |
Ответ: w(H) = 3,06% w(P) = 31,63% w(O) = 65,31% |
Задание №3
Вариант 1: Вычислить массовую долю азота в нитрате кальция (Ca(NO3)2
Вариант 2: Вычислите содержание кислорода в перманганате калия (KMnO4)
Вариант 3: Вычислите содержание серы в минерале пирите (FeS2)
Вариант 4: Вычислите массовую долю серебра в оксиде серебра (Ag2O)
IV.Нахождение формулы вещества по содержанию массовых долей элементов
Теоретическое обоснование
1.Задачи на вывод формулы вещества по данным химического анализа относится к группе задач, которые решаются по формулам.
2. Для решения задач данного типа необходимо знать массовые доли элементов, которые входят в состав соединения.
3.Также необходимо знать, что общее содержание веществ в соединении равно 100%. Поэтому иногда в условии задачи указывается содержание не всех элементов, с учетом того, что неизвестное содержание второго или третьего элемента всегда можно определить.
|
Задача 4. Установите формулу вещества, которое состоит из углерода (w=25%) и алюминия (w=75%). АЛГОРИТМ РЕШЕНИЯ |
|
|
Дано: w(С)=25% (0.25 ) w(Аl)=75% (0.75) |
1.Из Периодической таблицы имени Д.И.Менделеева выписываем значения относительных масс атомов элементов Al, С: M(Al)=27 , М(С)=12 , значит. молярные массы веществ равны соответственно: M(Al)=27 г/моль, М(С)=12 г/моль 2.Из условия задачи нам известно, что w(С)=25% (0.25 ) и w(Аl)=75% (0.75), значит в 100 г вещества содержится: m(AI)=27 г и m(C)=25г 3.Определим, сколько количества вещества содержится в 27 г. алюминия:n(Al) : — для этого воспользуемся формулой нахождения количества вещества: n(Al)= m(AI)/ M(Al) -подставляем значения в формулу и рассчитываем: n(Al)= 75 г / 27 г/моль =2,78 моль 4.Определим, сколько количества вещества содержится в 25 г. углерода: — для этого воспользуемся формулой нахождения количества вещества: n(C)=m(C)/M(C) -подставляем значения в формулу и рассчитываем: n (C) = 25г / 12 г/моль = 2,08 моль n (C) n(AI): n(C)= 2.78 : 2,08 Получившийся результат выражается десятичными числами, поэтому необходимо привести результат к целым. а)принимаем меньшее число условно за 1 и производим операцию деления деления большего числа на меньшее и получаем: 2,78 : 2,08=1,34:1 б)в результате деления снова получили десятичное число, следовательно нужно искать получившийся результат последовательным делением меньшего числа на натуральные числа:: 2,3,4,5 и т.д до тех пор пока полученная при делении величина не будет укладываться в большем числе целое количество раз. 2,08 : 2. = 1,04 2,78: 1,04 = 2,67 : 1 2,08 :3 = 0,69 2,78 :0,69 = 4 : 3 Следовательно, индексы x и y в формуле вещества AlxCy равны 4 и 3, соответственно. |
|
Найти: AlхCу |
Ответ: Al4C3 (карбид алюминия). |
Задание № 4
Вариант 1:
В состав химического вещества входят кальций (массовая доля 29,4%),сера (23,5%) и кислород (47,1%). Установите формулу этого вещества.
Вариант 2:
Массовая доля серы в соединении с кислородом равна 40%. Выведите формулу этого вещества.
Вариант №3:
В соединении калия, хлора и кислорода массовые доли элементов равны соответственно 31,8, 29,0, 39,2%.Установите формулу этого вещества.
Вариант №4:
Массовая доля магния в его соединении с кислородом равна 60%. Определите формулу этого соединения.
Содержание:
- § 1 Массовая доля химического элемента
- § 2 Практическое применение расчетов массовой доли элемента
- § 3 Определение формулы исследуемых веществ
§ 1 Массовая доля химического элемента
Относительную молекулярную массу веществ рассчитывают по химическим формулам, выражающим количественный состав веществ. Используя химические формулы можно также вычислить массовую долю каждого элемента в химическом соединении.
Массовая доля элемента (обозначается латинской буквой ω) показывает, какую часть составляет масса всех атомов данного элемента, содержащихся в одной молекуле вещества,
от общей массы молекулы.
Массовые доли элементов могут быть выражены в долях единицы или в процентах. Формула для расчета массовой доли элемента в веществе выглядит так: массовая доля элемента в веществе (ω) элемента равна отношению произведения числа атомов(n) и относительной атомной массы (Ar) данного элемента к относительной молекулярной массе (Mr) вещества.
Если массовую долю рассчитывать в процентах, то формула приобретет следующий вид.
Используя данную формулу, можно рассчитать массовую долю каждого химического элемента в составе сложного вещества.
Например, попробуем рассчитать массовую долю алюминия в оксиде алюминия (Al2O3).
Для расчетов пользуемся данными периодической системы химических элементов. Определим относительную молекулярную массу оксида алюминия. Она будет равна 102 (сумма двух относительных атомных масс алюминия и трех относительных атомных масс кислорода). Массовая доля алюминия в процентном отношении по формуле составит 53%.
§ 2 Практическое применение расчетов массовой доли элемента
Для чего же нужны такие расчеты? Иногда требуется сравнить содержание элементов в веществах.
Например, геологи открыли два месторождения железа. Первое содержит железо в виде оксида железа FeO, второе – в виде сульфида железа FeS. Какое месторождение богаче железом при прочих одинаковых условиях?
Дано:
Формула оксида железа FeO;
формула сульфида железа – FeS.
Найти:
Массовую долю железа в первом месторождении ω1(Fe) и массовую долю железа во втором месторождении ω2(Fe).
Решение:
1. Записываем формулу для расчета массовой доли железа в первом месторождении: ω1(Fe) в оксиде железа равна отношению произведения числа атомов железа n и относительной атомной массы (Ar) железа к относительной молекулярной массе (Mr) оксида железа, умноженное на 100%.
2. Записываем формулу для расчета массовой доли железа во втором месторождении: ω2(Fe)в сульфиде железа равна отношению произведения числа атомов железа n и относительной атомной массы (Ar) железа к относительной молекулярной массе (Mr) сульфида железа, все умноженное на 100%.
Для расчетов пользуемся данными периодической системы химических элементов.
Число атомов железа, кислорода и серы в обоих соединениях равны 1.
3. Рассчитываем относительную молекулярную массу оксида железа. Она равняется 72.
4. Находим относительную молекулярную массу сульфида железа. Она равняется 88.
5. Массовая доля железа в первом месторождении ω1(Fe) = 78%.
6. Массовая доля железа во втором месторождении ω2(Fe)= 64%.
7. Сравниваем значения массовых долей железа. Массовая доля железа в первом месторождении ω1(Fe) больше, чем массовая доля железа во втором месторождении ω2(Fe).
Ответ: Первое месторождение богаче железом.
§ 3 Определение формулы исследуемых веществ
В химических лабораториях на основе результатов анализа химических соединений определяют формулы исследуемых веществ. При этом решают задачи, обратные предыдущей. Например, можно вывести формулу вещества, зная массовые доли его элементов. Для этого преобразуем формулу массовой доли.
Число атомов элемента (n) равно отношению произведения массовой доли элемента в веществе (ω)элемента и относительной молекулярной массы (Mr) вещества к относительной атомной массе (Ar) данного элемента, умноженной на 100%.
Решим задачу. Экспериментально установлено, что вещество содержит 83% азота и 17% водорода. Какова формула этого вещества, если в результате эксперимента получено значение его относительной атомной массы, равное 17?
Дано:
Массовая доля азота ω(N)=83%, массовая доля водорода ω(Н)=17%, относительная молекулярная масса вещества Mr(NxHy)=17.
Найти:
Формулу вещества NxHy, где «x» — число атомов азота, а «у» – число атомов водорода.
Решение:
1. Найдем число атомов азота — х. Оно равняется отношению произведения массовой доли азота ω(N) и относительной молекулярной массы (Mr) вещества к относительной атомной массе (Ar) азота, умноженной на 100%. Получаем единицу.
2. Найдем число атомов водорода – у. Оно равняется отношению произведения массовой доли водорода ω(Н) и относительной молекулярной массы (Mr) вещества к относительной атомной массе (Ar) водорода, умноженной на 100%. Получаем число 3.
3. Так как х=1, а у=3, то формула вещества — NH3 (индекс 1 не пишется).
Для расчетов пользуемся данными периодической системы химических элементов.
4. Произведем проверку, вычислим относительную молекулярную массу полученного вещества. Она равна сумме относительной атомной массы азота и трех относительных атомных масс водорода. Задача решена правильно.
Ответ:формула вещества — NH3.
Список использованной литературы:
- Н.Е. Кузнецова. Химия. 8 класс. Учебник для общеобразовательных учреждений. – М. Вентана-Граф, 2012.